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一、地源热泵空调技术诞生的背景
能源和环境已成为人类生存和发展的两大主题,也是全球各国高度关注的问题。
中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国,同时也是世界最大的煤炭生产和消费国。世界十大污染最严重的城市中,我国占了四个。在我国能源生产的年平均增长率3.6%,而建筑能耗年平均增长率为5.84%。单位国内生产总值的能耗是美国的3倍、日本的5倍、英国的8倍。若不加改变地沿着这种粗放式模式发展,那么建设一种环境友好、可持续发展的和谐社会只能是一句空话。
美国能源部和中国科技部于1997 年11 月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书。今年6月18日,中国国家主席胡锦涛的特别代表、国务院副总理王岐山和美国总统布什的特别代表、财政部长保尔森在美国财政部共同签署了《中美能源环境十年合作框架》文件。其中主要内容之一是帮助中国引进推广“地源热泵”空调技术,并使之在中国产业化、市场化发展。
建筑节能是我国现今上下高度重视的基本国策。
中国国家主席胡锦涛提出把节约能源落实到单位和家庭。在2009年9月出席联合国气候变化峰会时曾表示,争取到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有“显著下降”。11月26日中国正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标,决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%。
国务院总理温家宝在25日主持召开的国务院常务会议还决定,这将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划,并制定相应的国内统计、监测、考核办法。
为了节约能源,国家相继出台了一系列法规和政策,具体举措主要有:
1、《中华人民共和国节约能源法》第四条规定: “国家鼓励开发利用新能源和可再生能源”,而地源热泵所使用的地源能正是属于可再生能源。
2、《建设部建筑节能“十五”计划纲要》中明确指出:“十五”期间建筑节能工作的重点之一是“大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作”。
3、2008年8月1日国务院总理温家宝签发了“中华人民共和国国务院令第530号”《民用建筑节能条例》和“中华人民共和国国务院令第531号”《公共机构节能条例》。
4、《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》中指出:“推进可再生能源在建筑中应用是贯彻落实科学发展观,调整能源结构,保证国家能源安全的重要举措。
国家重点支持以下技术领域中应用可再生能源:
a.地表水及地下水丰富地区利用淡水热泵技术供热制冷;
b.沿海地区利用海水源热泵技术供热制冷;
c.利用土壤源热泵技术供热制冷;
d.利用污水源热泵技术供热制冷。
5、2008年4月16 日 江苏省在《省政府办公厅关于加强建筑节能工作的通知》中明确规定:
“十一五”期间,全省要实现建筑节能1000万吨标准煤。其中新建住宅建筑实现节能280万吨标准煤,新建公共建筑实现节能570万吨标准煤;开展既有机关办公建筑、大型公共建筑和住宅的建筑节能改造试点,完成5%至10%的既有机关办公建筑和大型公共建筑的节能改造,实现节能100万吨标准煤;推广可再生能源在建筑中的应用,实现替代常规能源50万吨标准煤。
在建筑中广泛应用以太阳能、地热能为重点的可再生能源技术,推广绿色照明。积极推广地(水、空气)源热泵系统,有条件的应优先考虑使用热泵系统进行采暖、空调和供热水。
从2008年起,在所有新建商品房销售买卖合同、质量保证书和使用说明书等文件中要载明建筑能耗、节能措施等内容。
2010年底前,建成30项省级绿色建筑示范工程。对列入国家或省级可再生能源建筑应用示范项目,按照规定享受低息贷款,各级财政给予相应贴息……。
6、2009年11月16日《江苏省建筑节能管理办法》审议通过 。该节能管理办法重点有五条:
(1)完善建筑节能全过程监管制度。
(2)大力推动可再生能源在建筑中的推广应用。
(3)积极推进既有建筑节能改造。
(4)加强建筑用能系统运行节能管理。
(5)积极采取政策扶持和经济激励措施。
7、为了落实《江苏省建筑节能管理办法》,2010年江苏省把南京市和淮安市列为试点城市,中央和地方财政联合拿出专项资金对节能建筑进行奖励,其中南京市的节能奖励资金为2亿元人民币。
地源热泵技术是空调领域的彻底革命、是现代高科技的结晶。地源热泵供暖空调系统通过吸收环境中的能量(含土壤、井水、湖泊、等蕴藏的热能),冬季从中吸收热量,再由热泵机组向建筑物高效供热(包括生活热水)。该系统和常规的供热空调系统相比节能50%左右,若结合“毛细管网”末端辐射供热技术,可节能80~90%。可广泛应用于宾馆、学校、住宅公寓、医院、公共建筑、商业楼宇、等建筑物。
地源热泵是节能减排的先锋、是环境友好的大使。各建设单位根据建筑特点,使用地源热泵等可再生绿色能源,可有效降低建筑能耗50~90%,从国民经济的可持续发展来看,具有举足轻重的现实意义和深的历史意义。
二、地源热泵空调系统起源与工作原理
1、地源热泵的概念及起源
热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。
地源热泵是热泵的一种。“地源热泵”的概念,最早可追溯到1912年瑞士的一个专利,而该技术的提出始于英、美两国。
地源热泵是利用土壤中浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术, 地源热泵是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。
地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。
地源一词是从英文“ground source”翻译而来,汉语的内涵则十分广泛,应包括所有地下资源的含义。但在空调业内,目前仅指地壳表层(小于400米)范围内蕴藏在土壤、地表水、地下水的低温热资源,它的热源主要来自太阳能,极少能量来自地球内部的地热能。
2、地源热泵的工作原理
制冷模式:在制冷状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由空调系统末端毛细管网或风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地下土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中,空调系统末端毛细管网内通过18℃水向室内空间辐射供冷,风机盘管通过以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。
供暖模式:在供暖状态下,压缩机对冷媒做功,并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下土壤里的热量,通过冷凝器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝,由空调系统末端毛细管网或风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中,空调系统末端毛细管网内通过35℃水向室内空间辐射供热,风机盘管通过以45℃以上的热风的形式为房间供热。
三、地源热泵空调系统的优势
1、高效节能,稳定可靠
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,土壤与空气温差一般为17度,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%,因此要节能和节省运行费用40%-50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量,用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量,所以我们将其称为节能型空调系统。
2、无环境污染
地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,真正的实现了节能减排。
3、一机多用
地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
4、维护费用低
地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,系统安装在室内,不暴露在风雨中,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。
5、使用寿命长
地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管,寿命可达50年。要比普通空调高35年使用寿命。
6、节省空间
没有锅炉房和其它设备,机房可以利用地下室、或埋藏在地下,省去了锅炉房占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象。
系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。
四、地源热泵空调投资分析
1、地源热泵空调系统与VRV空调系统的投资对比
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空调系统名称
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单方造价(元/m2)
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新风投资
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国外品牌 VRV空调系统
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380~420
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不含
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地源热泵+风机盘管空调系统
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380~420
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不含
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地源热泵+毛细管网空调系统
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540~600
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含
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说明:1、面积按建筑面积计算;
2、以上单方造价是针对建筑面积在一万平方米以上的大型公共建筑。
2、地源热泵空调系统与VRV空调系统的运行费用对比
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空调系统名称
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年运行费(元/m2·年)
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生活热水
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新风
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国外品牌 VRV空调系统
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62.4
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无
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无
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地源热泵+风机盘管空调系统
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29.8
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有
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无
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地源热泵+毛细管网空调系统
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18.6
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有
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有
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说明:1、面积按建筑面积计算
2、上述费用的计算参数:夏季空调运行120天,每天运行10小时;冬季空调运行100天,每天运行10小时;电价:每度0.85元。
3、若采用地源热泵+毛细管网空调系统,与VRV空调系统相比,增加的投资可在3年内收回。
(全文完)
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